Телохранители для драгоценных семян — без химической дубинки

Естественные, ассоциированные с растениями бактерии теперь доступны для защиты сельскохозяйственных культур как самый экологичный из разработанных на сегодняшний день методов, позволяющий снизить загрязнение почвы пестицидами.

Гриб Rhizoctonia solani — скрытая напасть, становящаяся видимой лишь незадолго до сбора урожая, поражая корни свёклы или кукурузы. Гниль начинается рано в сезоне, распространяясь изнутри наружу, и становится видимой лишь осенью, уничтожая урожай. Несмотря на обработку пестицидами, из года в год сообщается о потерях урожая из-за вредителей и патогенов. Ущерб усугубляется гибелью насекомых, например, пчёл, от неоникотиноидов. «Также необходимо учитывать более экстремальные условия окружающей среды, такие как периоды жары, засухи или наводнения, при оценке ущерба, вызванного использованием пестицидов», — отмечает исследователь ACIB Кристин Захов.

Австрийский центр промышленной биотехнологии (ACIB) совершенствует защитные методы, которые сделают ненужными меры «химической дубинки». Один из таких проектов — биологическая защита растений, где микроорганизмы (бактерии) выступают телохранителями для семян кукурузы, рапса, томата, сорго или сахарной свёклы. Принцип заключается в совместном внесении специальных бактерий и семян в почву. ACIB использует рост-стимулирующие свойства микроорганизмов: пока семя прорастает, бактерии развиваются, снабжая растение питательными веществами, стимулируя рост, отражая атаки вредителей, снижая стресс и повышая устойчивость культуры.

«Культуры сталкиваются с изменением климата, засухой и засоленными почвами. Эти дефициты питательных веществ возникают из-за практики монокультур», — говорит Кристин Захов. С 2011 года она руководит исследовательским проектом совместно с пионером в этой области, профессором Габриэле Берг из Института экологической биотехнологии Технологического университета Граца. Их главная задача — найти бактерии, адаптированные к экстремальным условиям. Каждому растению нужны специфические бактерии, и каждый тип почвы содержит свои бактерии. Например, исследования мхов и лишайников показали, что первые выносят кислые значения pH и дефицит питательных веществ, а вторые — УФ-излучение и засуху. Исследователи идентифицируют, характеризуют и тестируют на устойчивость к стрессу бактерии, стимулирующие рост. «Мы хотим знать, какие гены активируются при определённых условиях, чтобы гарантировать идеальное соответствие бактерий культурам в местных условиях», — заявляет Захов. Найдя перспективную популяцию бактерий, исследователи целенаправленно её улучшают, чтобы «микробиом» давал оптимальный результат в заданных условиях. Успех был достигнут с видами Pseudomonas poae и Stenotrophomonas rhizophila. Stenotrophomonas вызвала взрывной рост культур на засоленной степи Узбекистана (на 300% больше, чем без обработки микробиомом), а Pseudomonas оказала аналогичный положительный эффект на опытном поле сахарной свёклы у промышленного партнёра ACIB, компании KWS SAAT SE в Германии. В проекте участвуют пять промышленных предприятий.

После предварительных исследований целевые бактерии вводят во взаимодействие с растениями-хозяевами. Захов: «Растения ищут именно те типы бактерий, которые им нужны для идеального роста». Взаимодействие бактерий и хозяина аналогично происходящему в кишечнике человека, где специфичная микрофлора полезна для здоровья. Результатом исследований и разработки коммерческого продукта стала техника заключения семени в «бактериальную оболочку». Во влажной почве бактерии растут вместе с прорастающим семенем и одновременно защищают его.

Цель учёных: «Мы стремимся развивать растения с оптимальным здоровьем, чтобы дать потребителям оптимальную основу для здорового питания. Функционирующая биологическая система защиты растений предлагает жизнеспособную альтернативу пестицидам». Биологическая защита растений — несомненно, значительный шаг к обеспечению биологически обоснованного сельского хозяйства и производству более здоровой пищи.

В конечном счёте, метод ACIB конкурирует с традиционными системами «защиты растений» на основе пестицидов. Мировой оборот химической индустрии в этой сфере составляет около 40 миллиардов евро в год, и треть этих химикатов попадает на поля только в ЕС. На биологической защите растений можно заработать много денег, поскольку всё больше потребителей требуют более здоровую пищу.